PDF《低低温系统中粉尘颗粒团聚特性研究》

第48 卷第1期热力发电Vol.

48 No.1

2019 年1月THERMAL POWER GENERATION Jan.

2019 收稿日期:2018-08-01 基金项目:国家重点研发计划项目(2017YFB0602102) Supported by:National Key Research and Development Program (2017YFB0602102) 第一作者简介:张宇博(1985―),男,博士,高级工程师,主要研究方向为燃煤锅炉清洁燃烧、锅炉技术监督等,zhangyubo@tpri.com.cn. 通讯作者简介:车得福(1962―),男,博士,教授,主要研究方向为多相流动与传热、化石燃料清洁燃烧等技术,dfche@mail.xjtu.edu.cn. 低低温系统中粉尘颗粒团聚特性研究 张宇博

1 ,延禹2,胡芳芳 2,3 ,党黎军

1 ,邓磊2,车得福

2 (1.西安热工研究院有限公司,陕西 西安 710054;

2.西安交通大学多相流国家重点实验室,陕西 西安 710049;

3.中国能源建设集团陕西省电力设计院有限公司,陕西 西安 710054) [摘要]由于低低温条件下粉尘颗粒物的团聚效应,实际运行中低低温省煤器和电除尘器容易出现 积灰堵塞问题.本文搭建固定床吸附实验台,研究了颗粒物吸附硫酸酸雾后的团聚现象, 以及各因素对团聚的影响程度.结果表明:吸附反应后单个颗粒物存在

4 种表面形态,颗 粒物间存在

4 种团聚形态;

硫酸酸雾在颗粒物表面产生一层液膜, 使颗粒物间黏附力增强, 强化了团聚效果;

初始阶段主要发生小颗粒在大颗粒表面的黏附以及小颗粒之间的凝并, 随后发生大颗粒之间的团聚;

温度降低会提升颗粒物团聚的效果,但提升程度与吸附时间 有关;

在低低温系统中,温度的小幅变动将会引起团聚效果很大的改变;

随着颗粒物粒径 的增大,颗粒物的团聚效果减弱,粒径增大至

91 μm 以上时几乎不发生团聚. [关键词]低低温烟气系统;

粉尘颗粒物;

硫酸酸雾;

吸附;

团聚;

积灰堵塞;

省煤器;

除尘器 [中图分类号]TK09 [文献标识码]A [DOI 编号]10.19666/j.rlfd.201808142 [引用本文格式]张宇博, 延禹, 胡芳芳, 等. 低低温系统中粉尘颗粒团聚特性研究[J]. 热力发电, 2019, 48(1): 36-42. ZHANG Yubo, YAN Yu, HU Fangfang, et al. Experimental study on agglomeration characteristics of ash particles in low-low temperature flue gas system[J]. Thermal Power Generation, 2019, 48(1): 36-42. Experimental study on agglomeration characteristics of ash particles in low-low temperature flue gas system ZHANG Yubo1 , YAN Yu2 , HU Fangfang2,3 , DANG Lijun1 , DENG Lei2 , CHE Defu2 (1. Xi'

an Thermal Power Research Institute Co., Ltd., Xi'

an 710054, China;

2. State Key Laboratory of Multiphase Flow in Power Engineering, Xi'

an Jiaotong University, Xi'

an 710049, China;

3. China Energy Engineering Group Shaanxi Electric Power Design Institute Co., Ltd., Xi'

an 710054, China) Abstract: Due to agglomeration of ash particles under low-low temperature conditions, ash deposition block occurs very easily in low-low temperature economizer and electrical static precipitator during actual operation. To deal with this issue, the authors built up a fixed-bed adsorption experimental bench and studied the agglomeration of particles adsorbed by sulfuric acid mist and the influence of various factors on the agglomeration. The results show that, there are four kinds of surface morphology of the individual particle and four kinds of agglomeration morphology between the particles. A layer of acid liquid film is formed on the particles'

surface, which enhances the adhesion between particles and strengthens the agglomeration effect. In the initial stage, the small particles adhere onto the surface of large particles or the agglomeration between small particles occurs, followed by the agglomeration between large particles. The drop of adsorption temperature improves the agglomeration, but the improvement degree depends on the adsorption time. In the low-low temperature flue gas system, small variations in temperature will cause significant change of the agglomeration. The agglomeration effect decreases with the increasing particle size, and almost no agglomeration occurrs when the particle size increases to above

91 μ m. Key words: low-low temperature flue gas system, dust particle, sulfuric acid mist, adsorption, agglomeration, ash deposition and blockage, economizer, dust remover 十三五 规划提出了实施煤电节能减排与升 级改造行动计划,要对煤炭机组全面实施超低排放 与节能改造.目前超低排放技术主要有两类[1-3] , 即增效干式静电除尘技术和湿式静电除尘技术.相 万方数据 第1期张宇博 等 低低温系统中粉尘颗粒团聚特性研究

37 http://www.rlfd.com.cn 对于传统的干式静电除尘技术,低低温电除尘技术 有着明显的优势,其在日本的应用比较成熟[4-6] . 由于我国电厂煤种多变、煤中硫含量高,低低温技 术在我国的应用尚处于起步阶段,许多问题有待进 一步研究[7-14] . 低低温系统中烟气温度可降至酸露点以下,所 形成的硫酸酸雾可能会造成换热器表面腐蚀.然而 绝大部分硫酸酸雾会被烟气中的粉尘颗粒物吸附 捕捉,所以腐蚀现象并不明显.在我国现运行的低 低温系统中,由于粉尘颗粒物的团聚及其黏附性的 提高,出现了比较严重的积灰堵塞现象[15] ,影响锅 炉安全运行.所以对颗粒物吸附硫酸酸雾后的团聚 现象,以及各因素对颗粒物团聚程度影响的研究十 分必要.

1 实验内容 1.1 实验样品及仪器 为真实地反映低低温系统中颗粒物之间的团 聚现象,本实验所用煤灰样品取自福建省福州电厂

5 号省煤器灰斗. 该位置的烟气温度在酸露点之上, 此时烟气中的粉尘颗粒并未与硫酸酸雾发生吸附 反应, 颗粒物之间也没有发生团聚现象. 在实验前, 将该灰样烘干, 并筛分为≤

60、 >

60~

75、 >

75~

91、 >

91~125 μm

4 种粒径. 利用扫描电镜-X 射线能谱仪(SEM-EDS)对 吸附硫酸酸雾前后的粉尘颗粒进行表面微观形态 对比分析,采用马尔文

3000 激光粒径仪测试团聚 前后颗粒物的粒径,使用 LSP01-1A 型微量注射泵 供给稀硫酸,通过卷吸式给粉器给灰. 1.2 实验系统及过程 粉尘颗粒物团聚实验系统如图

1 所示.本系统 可模拟烟气温度降低形成硫酸酸雾和颗粒物吸附 硫酸酸雾发生团聚的全过程.整个实验系统由气体 预热、SO3 生成、吸附反应、硫酸收集、硫酸根检 测5部分构成. 图1实验系统 Fig.1 Schematic diagram of the experimental system 本文采用硫酸高温分解法生成 SO3.利用微量 注射泵针头将 20%的硫酸溶液注入石英管中.经过 管式炉预热的氮气携带硫酸液滴进入反应炉内,使 其在

550 ℃管式炉中分解为气态 SO3 和水蒸气. 吸附反应在电阻炉内进行.当烟气流经此低 温管式炉时,由于未被加热而温度逐渐降低,形 成硫酸酸雾.硫酸酸雾与粉尘颗粒的吸附反应在

35 mm*200 mm 的长方形石英舟上进行. 在实验开 始之前,将粉尘颗粒样品在石英舟中均匀铺开,随 后将石英舟置于电阻炉内.为检测与调节反应区域 温度,在石英舟底部布置有热电偶.参考低低温实 际运行温度及本实验系统酸露点,本文所选用的吸 附........